2004年,罗仲谦陪同朋友前往电影《阿嫂》剧组试镜,被星皓娱乐制作人选中,并在片中饰演外卖仔小红帽,这是他的首部电影作品,从而正式进入演艺圈。
2006年4月5日,其参演的惊悚悬疑电影《黑夜》上映;同年,与温雅妍、梁嫈、白梓轩合作主演青春情感剧《过渡青春》。2007年6月21日,其参演的警匪悬疑电影《跟踪》上映。
2008年4月24日,与江若琳、田原、曾志伟联袂主演的喜剧电影《六楼后座2:家属谢礼》首映,在片中饰演个性憨直的古惑仔阿谦;同年,根据王朔同名小说改编的剧情电影《一半海水一半火焰》上映,罗仲谦在片中饰演女主角丽川的弟弟,与莫小棋饰演一对姐弟。
2010年,出演林利、王合喜、刘家辉主演的时装剧《火速救兵》;12月24日,与周秀娜、沈志明、杨梓瑶领衔主演的爱情电影《婚前试爱》首映,在片中担纲男主角,饰演个性率直的便衣警察阿泽,该片在香港上映期间票房突破了800万港币;此外,他还出演了傅颖《黑房》的MV。
2011年,与佘诗曼、方力申、陈嘉桓领衔主演爱情电影《人约离婚后》,在片中饰演男二号世杰;7月7日,与傅颖、周秀娜、杰西卡·C合作主演的爱情电影《热浪球爱战》上映,在片中饰演帅气多金、身材健硕的男主角Tim;随后,与谢婷婷搭档主演惊悚悬疑电影《猛鬼爱情故事》;同年,与关逸扬搭档主演舞台剧《我的基本生活》,这是他首次在戏剧作品中尝试男同性恋的角色。
2012年2月13日,与马国明、杨怡领衔主演的时装医务剧《Oncall36小时》首播,在剧中饰演性格外向的实习医生杨沛聪,并凭借该剧获得AstroOnDemand我的最爱颁奖礼最佳男配角奖;6月24日,其主演的警匪剧《飞虎》播出。
2013年1月,其主演的动作电影《古惑仔:江湖新秩序》上映,在片中饰演重情重义的男主角陈浩南;随后,与马国明、杨怡、吴启华领衔主演时装医务剧《OnCall36小时Ⅱ》;同年,与吴镇宇、张智霖、胡杏儿共同出演时装剧《冲上云霄Ⅱ》,在剧中饰演飞行学员詹子麟,并凭借该剧获得新加坡星和无线电视大奖飞跃进步男艺人奖。
2014年1月31日,由甄子丹、周润发、郭富城领衔主演的神话动作电影《西游记之大闹天宫》上映,罗仲谦在片中饰演李靖的次子、哪吒的二哥木吒;同年,与沈震轩、蔡思贝、米雪领衔主演时装爱情剧《冲线》,在剧中饰演为人随和又重情重义的男主角游达;之后,与郭富城、巩俐、冯绍峰、小沈阳领衔主演魔幻动作电影《西游记之孙悟空三打白骨精》,在片中饰演受观音菩萨点化而保护唐僧西天取经的沙僧,该片于2016年2月8日上映,并取得了12.01亿元人民币的票房成绩;10月19日,其主演的警匪剧《飞虎2》首播,在剧中饰演飞虎队攻击手俞学礼。
2015年3月27日,与郑中基、何超仪联袂主演的悬疑电影《第七谎言》上映,在片中饰演表面上循规蹈矩、却拥有不为人知的秘密的司机阿桑;同年,与黄灿灿、严禹豪合作主演根据明晓溪同名小说改编的青春爱情电影《泡沫之夏》,在片中饰演冷酷又不失温柔的男主角欧辰,该片于2016年7月21日上映;此外,他还凭借电视剧《冲线》获得2015万千星辉颁奖典礼最佳男主角奖的提名。
2016年,与王阳、朱锐、罗嘉良联袂主演警匪悬疑网络剧《无间道》,在剧中饰演处事圆滑、心思缜密的男主角韦峻轩;同年,与郭富城、冯绍峰、赵丽颖领衔主演魔幻喜剧电影《西游记之女儿国》,在片中饰演唐僧的三徒弟沙僧。
2017年1月,参加爱奇艺综艺节目《大牌对王牌》的录制;6月,随电影《西游记女儿国》剧组一同参加微博电影之夜。
2020年1月1日,与刘宪华、何润东等人合作主演的动作冒险电影《征途》上映。